SX1278与STM8L的精美结合。
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一. 引言
能耗对于电池供电的产品来说是一个重大的问题,一旦电能耗尽设备将“罢工”,在某些场合电能意味着电子产品的生命。物联网时代将会有越来越多电池供电的设备通过无线通信连接,降低能耗再次摆在工程师的桌面上—解决它。不但具备空旷环境传输5km的超长距离优势,还将休眠能耗降低到极致(0.4uA,带RTC为1.4uA)。我们是怎么做到的呢?接下来,一步一步解密。
二. 硬件设计
1. 选用低功耗器件
终端MCU选用STM8L151C8T6,它属于超低功耗,不带RTC休眠为400nA,带RTC下休眠为1.4uA。该MCU拥有较大的RAM(4KB)和自带EEPROM(2KB),不用扩展外部存储设备,进行一步降低功耗和成本。
终端射频芯片选用SX1278,在休眠模式下,该芯片功耗低至忽略不计。
2. 尽可能快地让射频模块休眠
SX1278属于LoRa TM扩频调制技术,它的远距离优势得益于调制增益,不是靠增大发射功率(那将消耗更多电能)。该射频芯片的电流消耗如下:休眠<0.2uA,空闲=1.6mA,接收=12mA,发射(最大功率)=120mA.
终端MCU通过“中断+定时器超时”方式控制SX1278,一旦射频完成发送或接收,立即进入休眠模式。
第一:
虽然MCU是停机了,但是电路板还有其他的芯片在工作,它们仍然在消耗电量,所以我们在停机前应该要把其他芯片给关闭(可以通过特定的指令或者片选线)。条件好的可以直接用切断它们的电源。
第二:
我是这样理解的:进入停机模式后,只是MCU中最耗电的内核部分被关了,而所有寄存器和内存中的值是保持不变的,所以它的外设还在消耗电量,所以我们要在停机之前把开启的外设给关了。这里要注意一点:外设开启时是先开时钟再设置寄存器,关闭时先清除寄存器再关闭时钟。我是这样理解的:操纵一个外设的寄存器肯定是需要时钟的,如果我们先把时钟给关了,那么还怎么操作寄存器呢,如果光关了时钟,不清寄存器的相应位,那么外设还处于“静态耗电”的状态。在研究低功耗的过程中,我被这个坑了好久。关于这一点的实例可以参考这篇博客:
http://blog.csdn.net/qq_25186745/article/details/52777375
第三:
关于IO口的电平,这个是非常重要的一点,和之前提到的外设一样,GPIO也是一种外设,但是特殊的是,这个外设是和芯片外部直接打交道的,如果GPIO外部接了个上拉电阻,而你在停机之前设置的IO口是低电平的,那么电流不就通过电阻,流到IO口里来了,比如正常的说接了个10k的上拉电阻,接到3.3v电压上,那么电流就是330uA,这个值可不小呢,stm8l在停机时极限最小电流好像能达到0.4uA。那么你这个电路就是因为这个电阻,停机电流比别人大了将近800倍了,那么假如你的产品能待机1年,人家待机800年,这还怎么比?所以IO口是绝对不能被忽视的。stm8l芯片复位以后所有引脚都是浮空输入模式,理论上悬浮空输入时IO口的状态为高阻态是最省电的,那么我们只要把所有IO都DeInit就可以了。但是事实上不是,我把没有用到的管脚全部推挽输出高电平或低电平,不用的外部晶振的引脚要改为上拉输入才省电,外部有上拉下拉电阻的引脚分别推挽输出高电平和低电平,一般电路中上拉电阻比较多(比如IIC的总线外部都有上拉的)。和外部芯片相连的引脚都推挽输出低电平,因为外部芯片断电后所有引脚都是高阻态或接地的吧,如果你弄个高电平,就可能会有电流流过去。
但是。。但是。。。。但是。。。。。。不是所有STM8L系列的芯片GPIO都是一样的。
比如
/ 所有端口输出开漏,低电平
GPIO_Init(GPIOA, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Low_Slow);
GPIO_Init(GPIOB, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Low_Slow);
GPIO_Init(GPIOC, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Low_Slow);
GPIO_Init(GPIOD, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Low_Slow);
GPIO_Init(GPIOE, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Low_Slow);
GPIO_Init(GPIOF, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Low_Slow);
GPIO_Init(GPIOG, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Low_Slow);
或者
/ 所有端口输出开漏,高电平
GPIO_Init(GPIOA, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Hig_Slow);
GPIO_Init(GPIOB, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Hig_Slow);
GPIO_Init(GPIOC, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Hig_Slow);
GPIO_Init(GPIOD, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Hig_Slow);
GPIO_Init(GPIOE, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Hig_Slow);
GPIO_Init(GPIOF, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Hig_Slow);
GPIO_Init(GPIOG, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Hig_Slow);
或者是输入上拉,输入浮空。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。功耗是完全不一样的
精品来了
经过很长的努力,终于把SX1278和STM8L的总体功耗降低为 1.4ua。是的,你没有听错,1.4ua
模块再发送的时候功耗在65ma--120ma
工程程序https://download.csdn.net/download/u013184273/10932372
电路图https://download.csdn.net/download/u013184273/10932365
其中电路图是CADENCE才能打开。
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